به گزارش الفبای رشد به نقل از ایسنا،محققان دانشگاه علوم و فناوری هنگکنگ(HKUST) نوع جدیدی از باتری کلسیم-یون را توسعه دادهاند که میتواند با بهبود پایداری و عملکرد، فناوری لیتیوم-یون را به چالش بکشد.
این تیم این سیستم را با استفاده از الکترولیتهای حالت شبه جامد مبتنی بر چارچوبهای آلی کووالانسی فعال اکسایش-کاهش ساختند.
باتریهای کلسیم-یون به عنوان جایگزینی امیدوارکننده برای باتریهای لیتیوم-یون در نظر گرفته میشوند، زیرا کلسیم، فراوان و ارزان است.
آنها همچنین یک پنجره الکتروشیمیایی قابل مقایسه ارائه میدهند، اما استقرار عملی به دلیل انتقال ضعیف یون و چرخه ناپایدار متوقف شده است.
باتریهای لیتیوم-یون بر بازار امروز تسلط دارند و به وسایل نقلیه الکتریکی، سیستمهای ذخیرهسازی شبکه و لوازم الکترونیکی مصرفی نیرو میدهند. با این حال، منابع لیتیوم محدود هستند و بهبود بیشتر چگالی انرژی به طور فزایندهای دشوار میشود. این امر جستجو برای شیمی باتریهای نسل بعدی را تشدید کرده است.
سیستمهای کلسیم-یون با یک چالش اساسی که حرکت کارآمد یونهای +Ca2 از طریق الکترولیت در عین حفظ پایداری ساختاری در چرخههای شارژ و تخلیه شارژ متعدد است، روبرو هستند. بدون انتقال سریع یون، عملکرد کاهش مییابد و تخریب تسریع میشود.
حل گلوگاه یون
تیم تحقیقاتی با طراحی چارچوبهای آلی کووالانسی غنی از کربونیل که به عنوان الکترولیتهای شبه جامد عمل میکنند، به این مسئله پرداخت. این مواد کانالهای همترازی ایجاد میکنند که یونهای کلسیم را از طریق ساختار هدایت میکنند.
به گفته محققان، الکترولیتهای جدید به رسانایی یونی 0.46 میلیزیمنس بر سانتیمتر و قابلیت انتقال +Ca2 بیش از 0.53 در دمای اتاق دست یافتند. مطالعات تجربی و شبیهسازی نشان داد که یونهای کلسیم به سرعت در امتداد گروههای کربونیل همتراز در داخل منافذ منظم COF حرکت میکنند.
این طراحی مواد، تیم را قادر ساخت تا یک سلول باتری کامل کلسیم-یون را مونتاژ کند. این سیستم ظرفیت ویژه برگشتپذیر 155.9 میلیآمپر ساعت بر گرم را در 0.15 آمپر بر گرم ارائه داد. همچنین پس از ۱۰۰۰ چرخه، بیش از ۷۴.۶ درصد از ظرفیت خود را در یک آمپر بر گرم حفظ کرد.
این اعداد نشان میدهد که این فناوری به ویژه در کاربردهایی که پایداری و هزینه در اولویت هستند، به استفاده عملی نزدیکتر میشود.
پروفسور یونسئوب کیم(Yoonseob Kim)، دانشیار گروه مهندسی شیمی و زیستشناسی در HKUST گفت: تحقیقات ما پتانسیل دگرگونکننده باتریهای کلسیم-یون را به عنوان جایگزینی پایدار برای فناوری لیتیوم-یون برجسته میکند. با بهرهگیری از خواص منحصر به فرد چارچوبهای آلی کووالانسی اکسایش-کاهش، گامی مهم در جهت تحقق راهحلهای ذخیرهسازی انرژی با کارایی بالا برداشتهایم که میتواند نیازهای آیندهای سبزتر را برآورده
